์ต๊ฒฝ์ฒ
(Gyeong-Cheol Choe)
1iD
๊น๊ท์ฉ
(Gyu-Yong Kim)
2iD
๊นํ์ญ
(Hong-Seop Kim)
3
ํฉ์์ฒ
(Eui-Chul Hwang)
4
๋จ์ ์
(Jeong-Soo Nam)
2โ iD
-
์ถฉ๋จ๋ํ๊ต ์ฌํ๊ธฐ๋ฐ์์ค๊ธฐ์ ์ฐ๊ตฌ์ ๋ฆฌ์ฒ์นํ ๋ก์ฐ
(Research Fellow, Institute of Social Infrastructure Technology, Chungnam National
University, Daejeon 34134, Rep. of Korea)
-
์ถฉ๋จ๋ํ๊ต ๊ฑด์ถ๊ณตํ๊ณผ ๊ต์
(Professor, Department of Architectural Engineering, Chungnam National University,
Daejeon 34134, Rep. of Korea)
-
ํ๊ตญ๊ฑด์ค๊ธฐ์ ์ฐ๊ตฌ์ ๊ตญ๋ฏผ์ํ์ฐ๊ตฌ๋ณธ๋ถ ๊ฑด์ถ์์ ์ผํฐ ์์์ฐ๊ตฌ์
(Senior Researcher, Building Safety Research Center, Department of Living and Built
Environment Research, Korea Institute of Civil Engineering and Building Technology,
Goyang 10223, Rep. of Korea)
-
์ถฉ๋จ๋ํ๊ต ๊ฑด์ถ๊ณตํ๊ณผ ๋ํ์์
(Graduate Student, Department of Architectural Engineering, Chungnam National University,
Daejeon 34134, Rep. of Korea)
Copyright ยฉ Korea Concrete Institute(KCI)
ํค์๋
๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ, ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ , ์์ถ๊ฐ๋, ํ์ฑ๊ณ์, ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ
Key words
high strength concrete, amorphous steel fiber, compressive strength, elastic modulus, thermal expansion strain
1. ์ ๋ก
์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ํ์ฌ์ ๊ฐ์ ๊ณ ์จ์ ๊ฐํ ์ฌ๋ฃ๋ก ์ธ์๋์ด์์ผ๋ ๊ณ ์จ ๊ฐ์ด์ ๋ฐ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ๊ตฌ์ฑ ์ฌ๋ฃ์ ์ดํฝ์ฐฝ ๊ฑฐ๋๊ณผ ์ํ๋ฌผ์ ํ์ ๋ฑ์ผ๋ก ์ธํ ๋ฌผ๋ฆฌ๏ฝฅํํ์
๋ณํ๊ฐ ๋ฐ์ํ๋ค(Khoury 2000; Franssen and Dotreppe 2003; Schneider and Schneider 2009). ์ด๋ฌํ
๋ณํ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ์ ์ฑ๋ฅ ์ ํ์ ์ง์ ์ ์ธ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ๊ฑด์ถ๊ตฌ์กฐ๋ฌผ์ ํ์ฌ์์ ์ฑ๋ฅ์ ์์ธกํ๊ธฐ ์ํด์๋ ๊ณ ์จ์ ๋ฐ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
์ญํ์ ํน์ฑ์ ๋ํ ์ดํด๊ฐ ํ์ํ๋ค.
๊ณ ์จ ํ๊ฒฝ์ ๋
ธ์ถ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ์ ํน์ฑ์ 1950๋
๋๋ฅผ ์์์ผ๋ก ์ฌ๋ฌ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ํด ๊ฒํ ๋์๋ค. ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋, ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ์ ์ข
๋ฅ, ๊ฐ์ด์จ๋
๋ฐ ํ์ค์กฐ๊ฑด ๋ฑ ๋ค์ํ ์คํ๋ณ์๋ฅผ ์ ์ฉํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์งํ๋์์ผ๋ฉฐ, ๊ฐ์ด์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์์ถ๊ฐ๋, ํ์ฑ๊ณ์ ๋ฐ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ด ์ฃผ๋ก ํ๊ฐ๋์๋ค(Malhotra
1956; Abrams 1971; Schneider 1988).
๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ณ ์จ ํน์ฑ์ ๊ดํ ์ฐ๊ตฌ๋ ์ฃผ๋ก ํญ๋ ฌ์ ์ค์ ์ ๋ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ๋ง์ด ์งํ๋์์ผ๋ฉฐ, ํด๋ฆฌํ๋กํ๋ ์ฌ์ ์ ๊ฐ์ ์ ๊ธฐ์ฌ์ ๋ ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
์ ์ํด
ํญ๋ ฌ์ ์ ์ดํ ์ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ ๋๊ณ ์๋ค(Liu et al. 2008; Ding et al. 2016). ํํธ, ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ์๋์ ์ผ๋ก ๊ฒฐํฉ์ฌ์
์์ด ๋ง๊ณ ์กฐ์ง๊ตฌ์กฐ๊ฐ ์น๋ฐํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ๊ณ ์จ ํ๊ฒฝ์์ ์ผ๋ฐ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ณด๋ค ๊ฐ๋ ์ ํ ๋น์จ์ด ๋์ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ์ด๋ ํญ๋ ฌ๊ณผ ๋๋ถ์ด ๊ณ ๊ฐ๋
์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ฌธ์ ์ ์ผ๋ก ์ง์ ๋๊ณ ์๋ค(Phan and Carino 2001; Choe et al. 2013).
๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ค์ํ ์ฌ์ ๋ฅผ ํผ์
ํ๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ํญ๋ ฌ์ ์ด ๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ๊ณ ์จ์ ๋
ธ์ถ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ ์ฑ๋ฅ์ ๊ฐ์ ํ๋ ๊ฒ์๋ ํจ๊ณผ๊ฐ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก
๋ณด๊ณ ๋๊ณ ์๋ค. Behnood and Ghandehari(2009)๋ ํด๋ฆฌํ๋กํ๋ ์ฌ์ ์ ํผ์
์ ์ํด ๊ณ ์จ ๊ฐ์ด๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์กด ์ญํ์ ํน์ฑ์
๊ฐ์ ํ ์ ์๋ ๊ฒ์ ํ์ธํ์๋ค. ๋ํ, Chen and Liu(2004)๋ ๊ฐ์ฌ์ ์ ๊ฐ์ ๊ณ ํ์ฑ์ ์ฌ์ ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ด๋ถ์์ ๊ฐ๊ต๊ฒฐํฉ ํจ์ผ๋ก์จ ์จ๋์์น์
์ํ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ฒด์ ๋ณํ ๋ฐ ๋ฏธ์ธ๊ท ์ด์ ๋ฐ์๊ณผ ํ์ฅ์ ์ต์ ํ ์ ์์ผ๋ฏ๋ก ๊ณ ์จ์ ๋
ธ์ถ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ์ ์ฑ๋ฅ์ ํ๋ฅผ ์ํํ ์ ์๋ค๊ณ ๋ณด๊ณ ํ์๋ค.
์ต๊ทผ์๋ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ก ๋ณด๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๊ฐ ์๊ฐ๋๊ณ ์๋ค. ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ ์์ฐ๊ณผ์ ์ด ๋น๊ต์ ๊ฐ๋จํด์ ๊ฒฝ์ ์ ์ด๊ณ ์นํ๊ฒฝ์ ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์ธ์ ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ(Yang
et al. 2017), ์ธ์ฅ๊ฐ๋๊ฐ ๋๊ณ ๋น์ค์ด ์์ผ๋ฉฐ ๋ถ์์ ๋ํ ์ ํญ์ฑ์ด ๋์ ํน์ง์ด ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, ๋ค์ํ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ ํตํด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ณด๊ฐ์ฌ๋ก ์ ์ฉ๋์ด
์ธ์ฅ ํน์ฑ, ์์ถ๊ฐ๋, ๊ท ์ด ์ ์ด ์ฑ๋ฅ์ด ๊ฒํ ๋์๋ค(Won et al. 2013; Choi et al. 2014; Yoo et al. 2016; Seo
et al. 2017).
ํํธ, ์์ ์ธ๊ธํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ๊ณ ์จ ํ๊ฒฝ์ ๋
ธ์ถ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ์ ์ฑ๋ฅ์ ๊ดํด์๋ ์ฌ๋ฃ ๋ฐ ํ๊ฒฝ์ ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ๋ค์ํ ์ฐ๊ตฌ๊ฐ ์ํ๋์์ผ๋
๊ณ ์จ์ ๋
ธ์ถ๋ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ํผ์
๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ์ ํน์ฑ์ ํ๊ฐํ ์ฐ๊ตฌ์ฌ๋ก๋ ์ถฉ๋ถํ์ง ์์ ์ค์ ์ด๋ค.
๋ฐ๋ผ์, ์ด ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ฐ์ด์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์๋ ฅ-๋ณํ ๊ด๊ณ, ์์ถ๊ฐ๋, ํ์ฑ๊ณ์, ์ต๋๋ณํ ๋ฐ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ ๋ฑ์ ์ญํ์
ํน์ฑ์ ํ๊ฐํจ์ผ๋ก์จ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
์ด ๊ณ ์จ ํ๊ฒฝ์ ๋
ธ์ถ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ์ ์ฑ๋ฅ์ ๋ฏธ์น๋ ์ํฅ์ ์คํ์ ์ผ๋ก ๊ฒํ ํ์๋ค.
2. ์คํ๊ณํ ๋ฐ ๋ฐฉ๋ฒ
2.1 ์ฌ์ฉ์ฌ๋ฃ
Table 1์ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด ์ ์์ ์ฌ์ฉ๋ ์ฌ๋ฃ์ ์ข
๋ฅ์ ๋ฌผ๋ฆฌ์ ์ฑ์ง์ ๋ํ๋ธ๋ค. ์๋ฉํธ๋ 1์ข
๋ณดํตํฌํ๋๋์๋ฉํธ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ํผํ์ฌ๋
๊ณ ๋ก์ฌ๋๊ทธ ๋ฏธ๋ถ๋ง, ์๊ณ ๋ฐ ์ค๋ฆฌ์นดํธ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์๊ณจ์ฌ๋ ์กฐ๋ฆฝ๋ฅ 2.6๋ก ์ฝํฌ๋ฆฌํธํ์ค์๋ฐฉ์(KCI 2009)์์ ์ ํ๊ณ ์๋ ์
๋๋ถํฌ ๊ณก์ ์ ๋ฒ์๋ฅผ
๋ง์กฑํ๋ฉฐ ํก์์จ 1 %์ธ ๊ฐ๋ชจ๋๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ๋ ์ต๋์น์ 20 mm์ ํ๊ฐ์ ์์์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ ๋์ฑ์ ํ๋ณดํ๊ธฐ ์ํด
ํด๋ฆฌ์นด๋ฅด๋ณธ์ฐ๊ณ ๊ณ ์ฑ๋ฅ ๊ฐ์์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์์ผ๋ฉฐ, ๋ฐฐํฉ์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ์๋ฉํธ ์ค๋์ 0.9~1.2 %๋ฅผ ์ฒจ๊ฐํ์๋ค.
Table 1. Physical properties of materials
Materials
|
Physical properties
|
Cement (C)
|
Ordinary portland type 1 cement,
Density: 3.15 g/cm$^3$,
Fineness: 3,200 cm$^2$/g
|
Blast furnace slag (BFS)
|
Density: 2.50 g/cm$^3$,
Fineness: 6,000 cm$^2$/g
|
Silica fume (SF)
|
Density: 2.50 g/cm$^3$,
Fineness: 200,000 cm$^2$/g
|
Gypsum (Gy)
|
Density: 2.90 g/m$^3$,
Fineness: 3,550 cm$^2$/g
|
Coarse aggregate (G)
|
Crushed granitic aggregate,
Maximum size: 20 mm,
Density: 2.70 g/cm$^3$,
Absorption: 0.9 %
|
Fine aggregate (S)
|
River sand, Density: 2.65 g/cm$^3$, Absorption: 1 %, F.M.: 2.6
|
Super plasticizer
|
Polycarboxylic-based super plasticizer
|
Amorphous steel fiber (A)
|
Length: 30 mm, Width: 1.6 mm, Thickness: 29 ยตm, Density: 7.2 g/cm$^3$
|
Polypropylene fiber (PP)
|
Length: 15 mm, Diameter: 20 ยตm
Density: 0.91 g/cm$^3$,
Melting point: 170 ยฐC
|
์ฌ์ ๋ ๊ธธ์ด 30 mm, ํญ 1.6 mm, ๋๊ป 29 ยตm, ๋ฐ๋ 7.2 g/cm$^3$ ๋ฐ ์ธ์ฅ๊ฐ๋ 1,400 MPa์ธ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ๊ธธ์ด 15
mm, ์ง๊ฒฝ 20 ยตm, ๋ฐ๋ 0.91 g/cm$^3$ ๋ฐ ์ฉ์ต์ 170 ยฐC์ธ ํด๋ฆฌํ๋กํ๋ ์ฌ์ ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ์๋ค.
2.2 ์คํ๊ณํ ๋ฐ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฐฐํฉ
Table 2์ Table 3์ ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์ ์คํ๊ณํ๊ณผ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ฐฐํฉ์ ๋ณด์ฌ์ค๋ค. ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ์์ถ๊ฐ๋๊ฐ 100๊ณผ 120 MPa์ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๊ฐ ์ฌ์ฉ๋์๋ค. ์ฌ์ ๋ ํด๋ฆฌํ๋กํ๋
์ฌ์ ์ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ฅผ ํจ๊ป ์ฌ์ฉํ์๋ค. ๊ฐ๊ฐ์ ์ฌ์ ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ ์ฒด ๋ถํผ์ ๋ํ ๋ฐฑ๋ถ์จ(vol%)๋ก ํผ์
๋์๋ค. ํด๋ฆฌํ๋กํ๋ ์ฌ์ ์ ํผ์
๋ฅ ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
์์ถ๊ฐ๋์ ๋ฐ๋ผ 0.15($f_{c}$=100 MPa) ๋ฐ 0.25 vol%($f_{c}$=120 MPa)๋ก ์ค์ ํ๋ค. ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
๋ฅ ์ 0.0,
0.3 ๋ฐ 0.5 vol%์ 3์ข
๋ฅ๋ก ์ค์ ํ์๋ค.
Table 2. Experimental plan
ID
|
$f_{c}$
(MPa)
|
Fiber contents
(vol%)
|
Parameters
|
PP
|
A
|
100P15
|
100
|
0.15
|
0.0
|
Stress-strain
Compressive strength (MPa)
Elastic modulus (GPa)
Peak strain (ฮต)
Thermal expansion strain (ฮต)
|
100P15A30
|
100
|
0.15
|
0.3
|
100P15A50
|
100
|
0.15
|
0.5
|
120P25
|
120
|
0.25
|
0.0
|
120P25A30
|
120
|
0.25
|
0.3
|
120P25A30
|
120
|
0.25
|
0.5
|
Table 3. Mixture proportions of high strength concrete
W/B
|
$f_{c}$
(MPa)
|
Slump-flow$^{1)}$
(mm)
|
Air$^{2)}$
(%)
|
S/a
(%)
|
Water
(kg/m$^3$)
|
Unit weight (kg/m$^3$)
|
C
|
SF
|
BFS
|
Gy
|
S
|
G
|
0.19
|
100
|
650ยฑ50
|
2ยฑ1
|
45
|
160
|
589
|
126
|
126
|
0
|
617
|
740
|
0.15
|
120
|
693
|
160
|
160
|
53
|
513
|
615
|
$^{1)}$KS F 2594 (KATS 2015), $^{2)}$KS F 2409 (KATS 2016)
๋ชฉํ ๊ฐ์ด์จ๋๋ 100, 200, 300, 500 ๋ฐ 700 ยฐC๋ก ์ ํ๊ณ 1 ยฐC/min.๋ก ๊ฐ์ดํ๋ค. ๋ชฉํ ์จ๋๊น์ง ๊ฐ์ด๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด๋ฅผ ํญ์จํญ์ต์กฐ๊ฑด์์
24์๊ฐ ๋์ ์์ฐ ๋๊ฐํ ํ์ ์๋ ฅ-๋ณํ ๊ณก์ , ์์ถ๊ฐ๋, ํ์ฑ๊ณ์ ๋ฐ ์ต๋๋ณํ์ ํ๊ฐํ๊ณ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ 700 ยฐC๊น์ง ๊ฐ์ด๋๋ ๋์์ ๋ฐ์ํ๋
์ํ์ฒด์ ๋ณํ๋์ผ๋ก ํ๊ฐํ๋ค.
2.3 ์ํ์ฒด ์ ์ ๋ฐ ์์ ๋ฐฉ๋ฒ
์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด๋ KS F 2403 ๏ฝข์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ฐ๋์ํ์ฉ ์ํ์ฒด ์ ์๋ฐฉ๋ฒ๏ฝฃ(KATS 2014)์ ์คํ์ฌ ์ง๋ฆ 100 mm, ๋์ด 200 mm์ ์์ฃผํ์ผ๋ก
์ ์ํ์๋ค. ์ ์๋ ์ํ์ฒด๋ ํํ ํ ์ฌ๋ น 28์ผ๊น์ง ์จ๋ 20ยฑ2 ยฐC์ ์์กฐ์์ ์์ค ์์ํ ํ, ํญ์จํญ์ต์กฐ๊ฑด(์จ๋ 20ยฑ2 ยฐC, ์๋์ต๋ 60ยฑ5
%)์์ ์ฌ๋ น 180์ผ๊น์ง ์์ํ๋ค. ๊ฐ์ด์คํ ์ , Schneider et al.(2000)์ด ์ ์ํ๊ณ ์๋ ๋ฐฉ๋ฒ์ ์ํด ์ธก์ ํ ์ํ์ฒด์ ํจ์์จ์
ํ๊ท 2.7 %(ํ์คํธ์ฐจ 0.063)์ด์๋ค.
2.3 ์ํ์ฒด ์ ์ ๋ฐ ์์ ๋ฐฉ๋ฒ
2.4.1 ๊ฐ์ด๋ฐฉ๋ฒ
๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ์ฌ์ฉํ ๊ฐ์ด์ฅ์น๋ Fig. 1์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด 2,000 kN๊ธ UTM์ ์ ๊ธฐํํฐ๊ฐ ๊ฒฐํฉ๋ ํํ๋ก ์ํ์ฒด์ ๊ณ ์ ์ ๋ชฉ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ด ์์ 3์๊ฐ ์ ์ 50 kN๋ฅผ ์ฌํํ๊ณ ๊ฐ์ด๊ณผ์ ์์
์ผ์ ํ๊ฒ ์ ์ง๋๋๋ก ์ค์ ํ์๋ค. ๊ฐ์ด์ Fig. 2์ ๊ฐ์ด ์ค์ ๋ ๊ฐ์ด๊ณก์ ์ ์ด์ฉํด์ ์ํ์ฒด๋ฅผ ๊ณ ์ ํ๊ณ ์๋ ์๋ถ์ ํ๋ถ์ ์ง๊ทธ๋ฅผ ๊ฐ์ดํจ์ผ๋ก์จ ์ด์ ์ํ์ฒด๋ก ์ ๋ฌํ๋ ๋ฐฉ์์ ์ ์ฉํ๋ค. ์ด์ ํจ๊ณผ์ ์ผ๋ก
์ ๋ฌํ๊ธฐ ์ํด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด ํ๋ฉด์ ๊ฐ์ฌ ์ปค๋ฒ๋ก ๊ฐ์์ผ๋ฉฐ, ๊ตฌ์ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ ๊ฑฐํ๊ธฐ ์ํด ๊ฐ์ฌ ์ปค๋ฒ๋ฅผ 8๊ฐ๋ก ๋ถํ ํ๊ณ ์คํ๋ง์ผ๋ก ์ฒด๊ฒฐํ๋ค.
2.4.2 ์์ถ๊ฐ๋ ๋ฐ ํ์ฑ๊ณ์
์์ถ๊ฐ๋ ๋ฐ ํ์ฑ๊ณ์๋ KS F 2405 ๏ฝข์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์์ถ๊ฐ๋ ์ํ๋ฐฉ๋ฒ๏ฝฃ(KATS 2010) ๋ฐ KS F 2438 ๏ฝข์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์์ฃผ ๊ณต์์ฒด์ ์ ํ์ฑ๊ณ์
๋ฐ ํฌ์์ก๋น ์ํ๋ฐฉ๋ฒ๏ฝฃ(KATS 2017)์ ์คํ์ฌ ์ธก์ ํ์๋ค. ์์ถํ์ค์ ์ด๋น 0.3 N/mm$^2$ ์๋๋ก ์ฌํํ์์ผ๋ฉฐ ๋ณํ์ ์ํ์ฒด ์ข์ฐ์ ๋ณ์๊ณ๋ฅผ
์ค์นํ๊ณ ๋ ๋ณ์๊ณ์์ ์ธก์ ๋ ๊ฐ์ ํ๊ท ์ ์ฌ์ฉํ์๋ค. ์ต๋๋ณํ์ EN 1992-1-2:2004(CEN 2004)์ ์ํด ์ ์ํ์๋ค.
2.4.3 ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ
์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด์ ๊ฐ์ด์ํ์์๋ ์ํ์ฒด๋ฅผ ๊ณ ์ ํ๊ณ ์๋ ์ํ์ฅ์น๊ฐ ๋์์ ๊ฐ์ด๋์ด ๋ณํ์ ์ผ์ผํค๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์จ๋์์น์ ์ํ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด์ ๋
๋ฆฝ์ ์ธ
๋ณํ์ ์ธก์ ํ๋ ๊ฒ์ ๋งค์ฐ ์ด๋ ค์ด ์ผ์ด๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์๋ Fig. 3์ ๋ํ๋ธ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด ์๋ถ์ ์ค์น๋ ๋ณ์๊ณ์์ ์ธก์ ๋ ๋ณํ($\Delta L_{1}$)๊ณผ ํ๋ถ์ ์ค์น๋ ๋ณ์๊ณ์์ ์ธก์ ๋ ๋ณํ($\Delta L_{2}$)์
์ด์ฉํ์ฌ ์ (1)์ ์ํด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ($\Delta L_{c}$)์ ์ฐ์ถํ์๋ค.
Fig. 2. Heating temperature
Fig. 3. Overview of measuring thermal expansion strain
3. ์คํ๊ฒฐ๊ณผ ๋ฐ ๊ณ ์ฐฐ
3.1 ์๋ ฅ-๋ณํ
Fig. 4์ ๋ชฉํ ์จ๋๋ก ๊ฐ์ด๋ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด์ ์๋ ฅ-๋ณํ ๊ณก์ ์ ๋ํ๋๋ค. ๋ณธ ์ฐ๊ตฌ์์ ๊ฒํ ํ ๋ชจ๋ ์์ค์์๋ 300 ยฐC ์จ๋๋ฅผ ์ ํ๋ก
์๋ ฅ-๋ณํ ๊ณก์ ์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๊ฐ ๋ฌ๋ผ์ง๋ ํน์ง์ ๋ณด์๋ค. 300 ยฐC ์ดํ์ ์จ๋์์ ์๋ ฅ-๋ณํ ๊ณก์ ์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ ๊ฐ์ด๋์ง ์์ ์ํ์ฒด์ ์๋ ฅ-๋ณํ ๊ณก์ ์
๊ธฐ์ธ๊ธฐ์ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์ด์ง ์๊ณ , ๋ณํ์ ์ต๋์๋ ฅ๊น์ง ์ง์ ์ ๊ฐ๊น์ด ํํ๋ก ์ฆ๊ฐํ๋ค. 500 ยฐC ์ด์์์ ์๋ ฅ-๋ณํ ๊ณก์ ์ ๊ธฐ์ธ๊ธฐ๋ ๊ฐ์ด์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์
๋ฐ๋ผ ๋ฎ์์ง๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ํ๋๋ค.
Fig. 4. Stress-strain curve
Fig. 5์ ์ต๋๋ณํ์ ๋ํ๋๋ค. 300 ยฐC ์ดํ์ ์จ๋์ ๋
ธ์ถ๋์๋ ์ํ์ฒด์ ์ต๋๋ณํ์ ๊ฐ์ด์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์ฝ๊ฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์์ง๋ง, ๊ทธ ๊ฐ์ 0.004
์ดํ๋ก ๋ํ๋ฌ๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํ๊ดด ๋ณํ๋ฅ ์ ๋ฒ์๊ฐ 0.0025~0.004์ธ ๊ฒ์ ๊ณ ๋ คํ์ ๋, 300 ยฐC ์ดํ์์ ๊ฐ์ด์ ๋ฐ์ง ์์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
์ ์ฌํ ๊ฑฐ๋์ ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐํ ์ ์๋ค. 500 ๋ฐ 700 ยฐC์์๋ ๊ฐ์ด์จ๋๊ฐ ๋์์ง์ ๋ฐ๋ผ ์ต๋๋ณํ์ด ์ฆ๊ฐํ๊ณ ๊ทธ ๊ฐ์ 500 ยฐC์์ 0.0054~0.0068์
๋ฒ์์ด๊ณ , 700 ยฐC์์ 0.010~0.012๊น์ง ์ฆ๊ฐํ๋ค. ๋์ผํ ์์ถ๊ฐ๋ ์์ค์์ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
๋ฅ ์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์ต๋๋ณํ์ด ์์์ง๋ ๊ฒฝํฅ์
ํ์ธํ ์ ์์๋ค.
์ด์ ๊ฐ์ ๊ฒฝํฅ์ ๊ณ ์จ ๊ฐ์ด์ ์ํ ๋ฐ์ํ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ท ์ด ๊ฑฐ๋์ผ๋ก ์ค๋ช
๋ ์ ์๋ค. Chang et al.(2006)์ ๋ณด๊ณ ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด 300 ยฐC
์ด์์ ์จ๋์์๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ํ๋ฉด์ ๊ฐ์์ ์ธ ๊ท ์ด์ด ๊ด์ฐฐ๋๋ฉฐ ๊ฐ์ด์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๊ท ์ด์ ํญ์ด ํ์ฅ๋๋ค. ๋ฐ๋ผ์, 300 ยฐC ์ด์์์ ์ต๋๋ณํ์ ๊ธ๊ฒฉํ
์ฆ๊ฐ์ ์์ธ์ ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ์ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ์ ์ดํฝ์ฐฝ ์ฐจ์ด์ ์ํ ๊ท ์ด์ ๋ฐ์๊ณผ ํ์ฅ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐํ ์ ์๋ค. ๋ํ, ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
์ผ๋ก ๊ฐ์ด๋๋
๋์ ๋ฐ์ํ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๊ท ์ด์ ํ์ฅ์ด ์ต์ ๋์ด ํฝ์ฐฝ๋์ด ์ ์ด์ง๊ธฐ ๋๋ฌธ์ ์ฌํ์ ์ํ ์์ถ๋ณํ๊ณผ ์ต๋๋ณํ์ด ์์์ง๋ค๊ณ ํ๋จํ ์ ์๋ค.
3.2 ์์ถ๊ฐ๋
Table 4์ ๊ฐ์ด์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋๋ฅผ ๋ํ๋๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋๋ ์จ๋์ฆ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ ํ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๋ค๊ณ ์ธ์๋๊ณ
์๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋, ์ด ์ฐ๊ตฌ์์๋ 300 ยฐC ์ดํ์์ ๊ฐ์ด์จ๋๊ฐ ๋์์ง์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ ์์ถ๊ฐ๋๊ฐ ์ผ๋ถ ์์นํ๋ ํ์์ ๋ํ๋๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ ๊ฒฝํฅ์ ๊ธฐ์กด์
์ฌ๋ฌ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ด์ฐฐ๋๊ณ ์์ผ๋ฉฐ, ๊ทธ ์์ธ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ด๋ถ ์๋ถ๋์ด ๊ฐ์ํจ์ผ๋ก์จ ๊ฒ ์
์ ์ฌ์ด์ ๋ฐ์ํ๋ ๋ฐ๋ฐ๋ฅด๋ฐ์ค ํ์ ์ฆ๊ฐ ๋๋ ๋ฏธ ์ํ๋ ์๋ฉํธ์
์ํ ๋ฐ์์ ์ํ ์์ถ๊ฐ๋์ ์์น๋์ผ๋ก ๋ถ์๋๊ณ ์๋ค(Phan 1996; Behnood and Ghandehari 2009; Zheng et al.
2012).
Table 4. Compressive strength (MPa) with heating temperature
|
20 ยฐC
|
100 ยฐC
|
200 ยฐC
|
300 ยฐC
|
500 ยฐC
|
700 ยฐC
|
100P15
|
100.50
|
115.48
|
108.61
|
105.49
|
69.91
|
38.70
|
100P15A30
|
105.05
|
106.11
|
112.98
|
111.11
|
76.15
|
38.08
|
100P15A50
|
97.38
|
105.49
|
107.36
|
115.48
|
74.90
|
35.58
|
120P25
|
119.22
|
129.83
|
107.36
|
134.83
|
89.26
|
36.83
|
120P25A30
|
122.97
|
119.85
|
119.85
|
142.32
|
85.52
|
26.22
|
120P25A50
|
121.72
|
139.20
|
118.60
|
148.00
|
92.38
|
34.33
|
300 ยฐC ์ด์์์ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋๋ ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์ ๋ฐ๋ผ ์ ํ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๋ ํญ๊ตฌ์ ๊ฐ๋ ์์ค ๊ตฌ๊ฐ์ ๋ํ๋๋ค(Phan 2002).
์์ ์ค๋ช
ํ ๋ฐ์ ๊ฐ์ด 300 ยฐC ์ด์์ ๊ฐ์ด์ ๋ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์์๋ ๊ฐ์์ ๊ท ์ด์ ๋ฐ์๊ณผ 500 ยฐC ์ด์์์ ์ํ๊ฒฝํ์ฒด(Ca(OH)2)๊ฐ ๋ถ๊ดดํ๊ธฐ
๋๋ฌธ์ ๊ฐ๋์ ์์น์ ๊ธฐ๋ํ ์ ์๊ณ , ์จ๋์ฆ๊ฐ์ ํจ๊ป ์์ถ๊ฐ๋๋ ์ ํํ๋ค. ํํธ, 300 ยฐC ์ด์์์ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ ํฌํจ๋ ์ํ์ฒด์ ์์ถ๊ฐ๋๋
ํด๋ฆฌํ๋กํ๋ ์ฌ์ ๋ง์ ํผ์
ํ ์ํ์ฒด์ ๋นํด ์ฆ๊ฐํ์๋ค. ํ์ฑ๊ณ์๊ฐ ๋์ ๊ฐ์ฌ์ ๋ ํ์์ฌ์ ๊ฐ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํผ์
๋ ๋๋ ์ฌ์ ์ ๊ฐ๊ต ์์ฉ ๋ฐ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
๊ท ์ด์ ์ ์ดํจ์ผ๋ก์จ ์์ถ๊ฐ๋์ ๊ฐ์ ์ ํจ๊ณผ์ ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค(Chen and Liu 2004). ๋ฐ๋ผ์, ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ ํผ์
๋ ๊ฒฝ์ฐ, ๊ณ ์จ์์
๋ฐ์ํ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ท ์ด์ด ์ ์ด๋๊ณ ์์ถ๊ฐ๋ ์ ํ๊ฐ ๊ฐ์ ๋๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค.
Fig. 6์ ๊ฐ์ด์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋ ๋น๋ฅผ BS EN 1992-1-2;2004(CEN 2004) ๋ชจ๋ธ๊ณผ Phan (2002) ๋ชจ๋ธ์
๋น๊ตํด์ ๋ํ๋๋ค. ๋ ๋ชจ๋ธ์ ๊ฐ๊ฐ ์ผ๋ฐ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ฅผ ๋์์ผ๋ก ํ ํน์ง์ด ์๋ค. 300 ยฐC ์ดํ์์ ์์ถ๊ฐ๋ ๋น๊ฐ BS EN
1992-1-2;2004(CEN 2004) ๋ชจ๋ธ์ด Phan(2002) ๋ชจ๋ธ๋ณด๋ค ๋์ ๊ฒ์ ์ ์ ์๋๋ฐ ๋ชจ๋ 300 ยฐC ์ดํ์์ ๋ฐ์ํ๋ ๋ถ๊ท์น์ ์ธ
์์ถ๊ฐ๋์ ๊ฑฐ๋์ ๊ณ ๋ คํ์ง ์๊ณ ์๊ธฐ ๋๋ฌธ์ด๋ค. ํํธ, 500 ยฐC ์ด์์์๋ ์ผ๋ฐ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ๋ฒ์์ธ BS EN 1992-1-2;2004(CEN
2004) ๋ชจ๋ธ๊ณผ ์ ์ฌํ ๊ฐ์ ๋ํ๋๋ค. ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ์ผ๋ฐ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ณด๋ค ๊ณ ์จ์ ์ํ ์์ถ๊ฐ๋์ ๊ฐ์์จ์ด ๋์ ๊ฒ์ผ๋ก ์๋ ค์ ธ ์๋ค.
๋ฐ๋ผ์, ์ด ์ฐ๊ตฌ์์๋ ํด๋ฆฌํ๋กํ๋ ์ฌ์ ์ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
์ ์ํด ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋ ์ ํ์จ์ ์ผ๋ฐ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ค์ผ๋ก ์ ์ดํ ์
์์๋ค.
Fig. 6. Ratio of compressive strength
3.3 ํ์ฑ๊ณ์
Table 5๋ ๊ฐ์ด์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํ์ฑ๊ณ์๋ฅผ ๋ํ๋ธ๋ค. ์ด ์ฐ๊ตฌ์์ ๊ฒํ ํ ๋ชจ๋ ์์ค์์ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํ์ฑ๊ณ์๋ โโ์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํจ์
๋ฐ๋ผ ๊ฑฐ์ ์ ํ์ ๊ฐ๊น๊ฒ ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. 300 ยฐC ์ดํ์ ์จ๋์์ ์์ถ๊ฐ๋๊ฐ ์ ์ง ๋๋ ์์นํ๋ ๊ฒ๊ณผ ๋น๊ตํด์ ๋งค์ฐ ๋ค๋ฅธ ๊ฒฐ๊ณผ์ด์ง๋ง ์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก
๋์ผํ ์จ๋์์๋ ์์ถ๊ฐ๋๋ณด๋ค ํ์ฑ๊ณ์๊ฐ ํฌ๊ฒ ์ ํ๋๊ณ , ํ์ฑ๊ณ์๋ ๊ฐ์ด์จ๋์ ์ํฅ์ ๊ฐ์ฅ ๋ง์ด ๋ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํน์ฑ์ ๊ธฐ์ธํ ๊ฒ์ผ๋ก ์ฌ๋ฌ ์ฐ๊ตฌ๋ฅผ
ํตํด์ ๋ณด๊ณ ๋๊ณ ์๋ค(Nassif et al. 1995; Chang et al. 2006; Vieira et al. 2011; Yermak et al.
2017). ํํธ, 300 ยฐC๊น์ง์ ๊ฐ์ด์จ๋์์๋ ๊ฐ์ด๋์ง ์์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋๊ฐ ๋์์๋ก ํ์ฑ๊ณ์๊ฐ ๋์๋ค. ๋ํ, ๋์ผํ ์์ถ๊ฐ๋์์๋ ๋น์ ์ง
๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
๋์ด ๋ง์์๋ก ๊ณ ์จ์ ์ํ ํ์ฑ๊ณ์์ ์ ํ๊ฐ ์์์ง๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ํ์ฑ๊ณ์์ ์ ํ๋ ๊ฐ์ด์ ๋ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์์ ๋ฐ์ํ๋ ๊ท ์ด๊ณผ ํฐ ๊ด๊ณ๊ฐ
์๊ธฐ ๋๋ฌธ์(Chang et al. 2006; Vieira et al. 2011; Yermak et al. 2017) ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๊ฐ ํผ์
๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์์๋
๊ฐ์ด์ ์ํด ๋ฐ์ํ๋ ๋งคํธ๋ฆญ์ค ๊ท ์ด์ ๋ฐ์์ ์ต์ ํจ์ผ๋ก์จ ์์ถ๊ฐ๋๋ฟ๋ง ์๋๋ผ ํ์ฑ๊ณ์ ์ ํ์ ๋ฌธ์ ์์๋ ์ ํจํ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐ๋๋ค. ๊ทธ๋ฌ๋ 500 ยฐC
์ด์์ ๊ฐ์ด์จ๋์์๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋๋ ์ฌ์ ํผ์
์กฐ๊ฑด๊ณผ ๊ด๊ณ์์ด ๋ชจ๋ ์ํ์ฒด์ ํ์ฑ๊ณ์๊ฐ ์ ์ฌํ ๊ฐ์ ๋ํ๋๋ค.
Table 5. Elastic modulus (GPa) with heating temperature
|
20 ยฐC
|
100 ยฐC
|
200 ยฐC
|
300 ยฐC
|
500 ยฐC
|
700 ยฐC
|
100P15
|
43.74
|
41.06
|
34.69
|
28.84
|
11.81
|
2.39
|
100P15A30
|
45.03
|
43.05
|
37.41
|
30.32
|
10.13
|
2.16
|
100P15A50
|
45.56
|
43.20
|
39.57
|
33.69
|
9.87
|
2.49
|
120P25
|
46.86
|
45.10
|
41.55
|
34.63
|
11.70
|
2.30
|
120P25A30
|
50.79
|
49.43
|
44.18
|
38.20
|
10.86
|
2.26
|
120P25A50
|
52.51
|
51.06
|
45.44
|
40.88
|
11.27
|
2.54
|
Fig. 7์ ๊ฐ์ด์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํ์ฑ๊ณ์ ๋น๋ฅผ BS EN 1992-1-2;2004(CEN 2004)์์ ์ ์ํ๊ณ ์๋ ๋ชจ๋ธ, Chang
et al.(2006)์ด ์ ์ํ ๋ชจ๋ธ๊ณผ ๋น๊ตํด์ ๋ํ๋๋ค. ์ด ์ฐ๊ตฌ์์ ์ป์ด์ง ํ์ฑ๊ณ์์ ๋น๋ 100~300 ยฐC์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ BS EN 1992-1-2:2004(CEN
2004)์ ๋ชจ๋ธ๊ณผ ์๋นํ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ํ๋๋ค. 500 ยฐC์ ๊ฐ์ด์จ๋์์๋ ๊ทธ ๊ฒฉ์ฐจ๊ฐ ๊ฐ์ํ์ง๋ง ์ฌ์ ํ ๋ ๋ฐฐ ์ด์์ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, 700 ยฐC์์
์ ์ฌํ ๊ฐ์ ๋ํ๋๋ค. ์ด ์ฐจ์ด๋ ํ์ฑ๊ณ์์ ๋ฐ์ ํ ๊ด๊ณ๋ฅผ ์ฐพ๋ ์ต๋๋ณํ์ ์ฐจ์ด๋ก ์ค๋ช
๋๋ค. BS EN 1992-1- 2;2004(CEN 2004)์์๋
300 ยฐC๊น์ง ์จ๋์ฆ๊ฐ์ ๋ฐ๋ผ ์ต๋๋ณํ์ด ์์จ๋ณด๋ค ์ฝ 3๋ฐฐ ์ฆ๊ฐํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ ์๋๊ณ ์์ง๋ง, ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ฐ์ ์จ๋ ๋ฒ์์์ ์ต๋๋ณํ์ ๋ณํ๊ฐ ๋งค์ฐ
์ ์๋ค.
Fig. 7. Ratio of elastic modulus
ํํธ, Chang et al.(2006)์ด ์ ์ํ ๋ชจ๋ธ์ ์์ถ๊ฐ๋ 27 MPa์ 40 MPa์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ํ ๊ฒํ ๋ฅผ ํตํด ๋ง๋ค์ด์ง ๊ฒ์์๋ ๋ถ๊ตฌํ๊ณ
์ด ์ฐ๊ตฌ์ ๊ฒฐ๊ณผ์ ์ ์ฌํ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ์ด๋ก๋ถํฐ ๊ณ ์จ์ ๋ฐ์ ํ์ฑ๊ณ์๋ ๊ฐ์ด์ ๋ฐ์ง ์์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋๋ณด๋ค ๊ฐ์ด์จ๋์ ์ํฅ์ด ์ง๋ฐฐ์ ์ธ ๊ฒ์ผ๋ก
๋ํ๋ฌ๋ค.
3.4 ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ
Fig. 8์ 700 ยฐC๊น์ง ๊ฐ์ด๋๋ ๋์ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด์์ ๋ฐ์ํ๋ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ๋ํ๋๋ค. ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ 400 ยฐC๊น์ง ๋น๊ต์ ์ ํ์ ๊ฐ๊น์ด
์์น๊ณก์ ์ ๋ณด์ด๋ฉฐ, 400 ยฐC ์ด์์์ ๊ธ๊ฒฉํ ์ฆ๊ฐํ๊ธฐ ์์ํ๋ค. ์ดํ, 600~ 700 ยฐC์ ์จ๋ ๊ตฌ๊ฐ์์๋ ๋๋ ํฝ์ฐฝํ์ง ์๊ณ ์๋ ดํ๋ ๊ฒฝํฅ์
๋ณด์๋ค. ์ด ๊ฐ์ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ํํ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋ ๋๋ ์ฌ์ ํผ์
์กฐ๊ฑด๊ณผ ๊ด๊ณ์์ด ์ ์ฌํ๊ฒ ๋ํ๋ฌ์ผ๋ฉฐ ๊ทธ ๊ฐ๋ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์ด์ง๋ ์์๋ค. ์ด
์ฐ๊ตฌ์์ ์ธก์ ๋ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ ๊ฑฐ๋์ ์ ์ฒด์ ์ผ๋ก BS EN 1992-1-2004(CEN 2004)์์ ์ ์ํ๊ณ ์๋ ๋ ๊ฐ์ง
์ดํฝ์ฐฝ๋ชจ๋ธ(siliceous aggregate concrete, calcareous aggregate concrete)์ ์ฌ์ด์ ์์นํ๋ ๊ฒ์ ์
์ ์๋ค.
Fig. 8. hermal expansion strain
์ผ๋ฐ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ด๋๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ํฝ์ฐฝํ๋๋ฐ, ๊ฐ์ด์จ๋์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฐจ์ด๋ ๊ตฌ์ฑ ์ฌ๋ฃ์ ์ํฅ์ ๋ฐ๋๋ค. ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ ๋ฐ ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ๋ 80~90 ยฐC์ ์จ๋๊น์ง๋
๋ชจ๋ ํฝ์ฐฝํ์ง๋ง, 110 ยฐC ์ด์์ด ๋๋ฉด ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ๋ ํฝ์ฐฝ ๊ฑฐ๋์ด ๊ณ์๋๋ ๋ฐ๋ฉด์ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ๋ ์๋ถ์ ์ฆ๋ฐ๋ก ์ธํด ์์ถํ๊ฒ ๋๋ค. ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ์
ํฝ์ฐฝ์ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ์ ์์ถ๋ณด๋ค ๋ ํฌ๊ฒ ๋ฐ์ํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์(Schneider 1988) ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ์ ์ข
๋ฅ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ๋งค์ฐ ํฐ ์ํฅ์
๋ฏธ์น๋ค. ์ด ์ฐ๊ตฌ์์ ๊ฒํ ๋ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๊ฐ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์์ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์ด์ง ์๋ ๊ฒ์ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ์ง๋ฐฐ์ ์ธ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ๊ฐ
๋์ผํ๊ธฐ ๋๋ฌธ์ผ๋ก ์๊ฐํ ์ ์๋ค.
ํํธ, ๋์ผํ ์์ถ๊ฐ๋์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ฅผ ์ฌ์ฉํ ์ํ์ฒด์์๋ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
๋์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก 400 ยฐC ์ด์์ ์จ๋์์ ๋น๊ต์ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ ์์๋ค.
๊ตต์ ๊ณจ์ฌ์ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ์ ๋ค๋ฅธ ์ดํฝ์ฐฝ ๊ฑฐ๋์ด ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ์ํฅ์ ๋ฏธ์น๋ค๋ ์ฌ์ค์ ์ด๋ฏธ ์์ ์์ธํ ์ธ๊ธํ๋ค. Andiรง-รakฤฑr
and Hฤฑzal(2012)์ ์ฐ๊ตฌ์ ๋ฐ๋ฅด๋ฉด ๊ฐ์ด์จ๋๊ฐ 300 ยฐC์ ๋๋ฌํ ๊ฒฝ์ฐ ๊ตต์ ๊ณจ์ฌ์ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ์ ๊ณ๋ฉด์์ ๊ท ์ด์ด ๋ฐ์ํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ๋ณด๊ณ ํ์์ผ๋ฉฐ,
Choe et al.(2019)์ ์ฐ๊ตฌ์์๋ ๊ฐ์ด์ ๋ฐ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๋ฐ์ํ๋ ์์ฆ๊ธฐ์๋ ฅ๊ณผ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ๊ด๊ณ๋ฅผ ๋ถ์ํจ์ผ๋ก์จ ์ด ์จ๋ ๋ฒ์์์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ
์ํ์ฒด ์ ๋ฐ์ ๊ฑธ์ณ ๋ฐ์ํ๋ ๊ท ์ด์ ์กด์ฌ๋ฅผ ํ์ธํ์๋ค. ๋ฐ๋ผ์, 400 ยฐC ์ด์์ ์จ๋์์ ๊ธ๊ฒฉํ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ์ฆ๊ฐ๋ ๊ฐ์ด์ ์ํด ๋ฐ์ํ๋ ๊ท ์ด์
๊ธฐ์ธํ๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์ถ์ ํ ์ ์๋ค. ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ฅผ ํผ์
ํ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ๋ ์ฌ์ ์ ๊ฐ๊ต ์์ฉ์ผ๋ก ๊ณ ์จ์ ์ํด ์ ๋ฐ๋๋ ๊ท ์ด์ด ์ ์ด๋๊ณ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ด
์๋์ ์ผ๋ก ์์ ๊ฐ์ ๋ํ๋ด๋ ๊ฒ์ด๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ํํ๋ ์์ ๊ฒํ ํ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋, ํ์ฑ๊ณ์, ํผํฌ ๋ณํ์ ๊ฒฐ๊ณผ์
์ผ์นํ๋ค. ๊ฐ์ด๋๋ ๋์ ์ฐ์์ ์ผ๋ก ์ธก์ ๋ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ ๊ฑฐ๋์ผ๋ก๋ถํฐ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
์ผ๋ก ๊ฐ์ด๋๋ ๋์์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ํฝ์ฐฝ๊ท ์ด์ด ์ ์ด๋์ด ๊ณ ์จ์ ์ํด
์ ํํ๋ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์ญํ์ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ๋ ๋ฐ ํจ๊ณผ๊ฐ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ์๊ฐํ ์ ์๋ค.
4. ๊ฒฐ ๋ก
๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ฅผ ๋ณด๊ฐํ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ณ ์จ ์ญํ์ ํน์ฑ์ ์คํ์ ์ผ๋ก ๊ฒํ ํ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ํตํด ๋ณธ ๋
ผ๋ฌธ์์๋ ๋ค์๊ณผ ๊ฐ์ ๊ฒฐ๋ก ์ ๋์ถํ ์ ์์๋ค.
1) 300 ยฐC ์ด์์ ๊ณ ์จ์ ๋
ธ์ถ๋ ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ ์ํ์ฒด๋ ์์ถ๊ฐ๋์ ์ ํ์จ์ด ๋ฎ์์ง๋ ๊ฒฐ๊ณผ๋ฅผ ์ป์์ผ๋ฉฐ, ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์
ํผ์
๋ฅ ์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ๊ณ ์จ์์ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋ ๊ฐ์ ํจ๊ณผ๊ฐ ๋ ์ปค์ง๋ ๊ฒฝํฅ์ด ํ์ธ๋์๋ค.
2) ๊ณ ์จ์ ๋ฐ์ ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ํ์ฑ๊ณ์๋ ๊ฐ์ด์จ๋๊ฐ ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์ ํ์ ์ผ๋ก ๊ฐ์ํ๋ ๊ฒฝํฅ์ ๋ณด์๋ค. ๋ํ, ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
์ ์ํด
ํ์ฑ๊ณ์์ ์ ํ์จ์ด ๊ฐ์ ๋๋ ํจ๊ณผ๋ฅผ ์ป์ ์ ์์์ผ๋, ์ ์ฒด์ ์ธ ๊ฒฝํฅ์ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ์์ถ๊ฐ๋๋ ์ฌ์ ํผ์
์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ผ ํฐ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ํ๋ด์ง ์์๋ค.
3) ์ต๋๋ณํ๊ณผ ์ดํฝ์ฐฝ๋ณํ์ 300 ยฐC ์ด์์์ ์ฌ์ ํผ์
์กฐ๊ฑด์ ๋ฐ๋ฅธ ์ฐจ์ด๋ฅผ ๋ณด์์ผ๋ฉฐ, ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ์ ํผ์
๋ฅ ์ด ์ฆ๊ฐํ ์๋ก ์ฌ์ ๋ณด๊ฐ ๊ณ ๊ฐ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์
๋ณํ์ด ์๊ฒ ๋ฐ์ํ๋ค. ๋น์ ์ง ๊ฐ์ฌ์ ๋ฅผ ํผ์
ํจ์ผ๋ก์จ ๊ณจ์ฌ์ ํฝ์ฐฝ๊ณผ ์๋ฉํธ ํ์ด์คํธ์ ์์ถ ๊ด๊ณ์์ ๋ฐ์ํ๋ ์ฝํฌ๋ฆฌํธ์ ๊ท ์ด์ ํจ๊ณผ์ ์ผ๋ก ์ ์ดํ ์
์์ผ๋ฉฐ, ๊ณ ์จ์์์ ์ญํ์ ํน์ฑ์ ๊ฐ์ ํ ์ ์๋ ๊ฒ์ผ๋ก ํ์ธ๋์๋ค.
๊ฐ์ฌ์ ๊ธ
์ด ์ฐ๊ตฌ๋ ์ถฉ๋จ๋ํ๊ต ํ์ ์ฐ๊ตฌ๋น์ ์ํด ์ง์๋์์ต๋๋ค. ์ด์ ๊ฐ์ฌ๋๋ฆฝ๋๋ค.
References
Abrams M. S., 1971, Compressive Strength of Concrete at Temperatures to 1600F, ACI
Special Publication, Vol. 25, pp. 33-58
Andiรง-รakฤฑr ร., Hฤฑzal S., 2012, Influence of Elevated Temperatures on the Mechanical
Properties and Microstructure of Self Consolidating Lightweight Aggregate Concrete,
Construction and Building Materials, Vol. 34, pp. 575-583
Behnood A., Ghandehari M., 2009, Comparison of Compressive and Splitting Tensile Strength
of High-strength Concrete with and without Polypropylene Fibers Heated to High Temperatures,
Fire Safety Journal, Vol. 44, No. 8, pp. 1015-1022
Chang Y. F., Chen Y. H., Sheu M. S., Yao G. C., 2006, Residual Stress-strain Relationship
for Concrete after Exposure to High Temperatures, Cement and Concrete Research, Vol.
36, No. 10, pp. 1999-2005
Chen B., Liu J., 2004, Residual Strength of Hybrid-fiber- reinforced High-strength
Concrete after Exposure to High Temperatures, Cement and Concrete Research, Vol. 34,
No. 6, pp. 1065-1069
Choe G., Kim G., Yoon M., Hwang E., Nam J., Guncunski N., 2019, Effect of Moisture
Migration and Water Vapor Pressure Build-up with the Heating Rate on Concrete Spalling
Type, Cement and Concrete Research, Vol. 116, pp. 1-10
Choe G., Yoon M. H., Lee T., Lee S.-H., Kim G., 2013, Evaluation of Properties of
80, 130, 180 MPa High Strength Concrete at High Temperature with Heating and Loading,
Journal of the Korea Concrete Institute, Vol. 25, No. 6, pp. 613-620
Choi S. J., Hong B. T., Lee S. J., Won J. P., 2014, Shrinkage and Corrosion Resistance
of Amorphous Metallic- fiber-reinforced Cement Composites, Composite Structures, Vol.
107, pp. 537-543
Ding Y., Zhang C., Cao M., Zhang Y., Azevedo C., 2016, Influence of Different Fibers
on the Change of Pore Pressure of Self-consolidating Concrete Exposed to Fire, Construction
and Building Materials, Vol. 113, pp. 456-469
European Committee for Standardization (CEN) , 2004, Eurocode 2: Design of Concrete
Structures - Part 1-2: General Rules - Structural fire design (BS EN 1992-1-2:2004).,
London, UK; British Standards Institute (BSI)
Franssen J. M., Dotreppe J. C., 2003, Fire Tests and Calculation Methods for Circular
Concrete Columns, Fire Technology, Vol. 39, No. 1, pp. 89-97
KCI , 2009, Concrete Design Code and Commentary, Seoul, Korea; Kimoondang Publishing
Company. Korea Concrete Institute (KCI). (In Korean)
Khoury G. A., 2000, Effect of Fire on Concrete and Concrete Structures, Progress in
Structural Engineering and Materials, Vol. 2, No. 4, pp. 429-447
Korea Agency for Technology and Standards (KATS) , 2010, Standard Test Method for
Compressive Strength of Concrete (KS F 2405), Seoul, Korea: Korea Standard Association
(KSA). (In Korean)
Korea Agency for Technology and Standards (KATS) , 2014, Standard Test Method for
Making and Curing Concrete Specimens (KS F 2403), Seoul, Korea: Korea Standard Association
(KSA). (In Korean)
Korea Agency for Technology and Standards (KATS) , 2015, Method of Test for Slump
Flow of Fresh Concrete (KS F 2594), Seoul, Korea: Korea Standard Association (KSA).
(In Korean)
Korea Agency for Technology and Standards (KATS) , 2016, Standard Test Method for
Unit Weight and Air Content (Gravimetric) of Fresh Concrete (KS F 2409), Seoul, Korea:
Korea Standard Association (KSA). (In Korean)
Korea Agency for Technology and Standards (KATS) , 2017, Standard test Method for
Static Modulus of Elasticity and Poissonโs Ratio in Compression of Cylindrical Concrete
Specimens (KS F 2438), Seoul, Korea: Korea Standard Association (KSA). (In Korean)
Liu X., Ye G., De Schutter G., Yuan Y., Taerwe L., 2008, On the Mechanism of Polypropylene
Fibres in Preventing Fire Spalling in Self-compacting and High-performance Cement
Paste, Cement and Concrete Research, Vol. 38, No. 4, pp. 487-499
Malhotra H. L., 1956, The Effect of Temperature on the Compressive Strength of Concrete,
Magazine of Concrete Research, Vol. 8, No. 23, pp. 85-94
Nassif A. Y., Burley E., Ridgen S., 1995, A New Quantitative Method of Assessing Fire
Damage to Concrete Structures, Magazine of Concrete Research, Vol. 47, No. 172, pp.
271-278
Phan L. T., 1996, Fire Performance of High-strength Concrete: A Report of the State-of-the
art, Building and Fire Research Laboratory, National Institute of Standards and Technology.
Phan L. T., 2002, High-strength Concrete at High Temperature-an Overview, In 6th International
Symposium on Utilization of High Strength/High Performance Concrete. Leipzig , Germany,
pp. 501-518
Phan L. T., Carino N. J., 2001, Mechanical Properties of High-strength Concrete at
Elevated Temperatures (No. NIST Interagency/Internal Report (NISTIR)-6726), Gaithersburg,
MD; National Institute of Standards and Technology (NIST)
Schneider U., Schwesinger P., Debicki G., Diederichs U., Felicetti R., Franssen J.M.,
Phan L., 2000, RILEM Recommendations: Part 4: Tensile strength for service and accident
conditions, Materials and Structructures, Vol. 33, pp. 219-223
Schneider U., 1988, Concrete at High Temperatures a General Review, Fire Safety Journal,
Vol. 13, No. 1, pp. 55-68
Schneider U., Schneider M., 2009, An Advanced Transient Concrete Model for the Determination
of Restraint in Concrete Structures Subjected to Fire, Journal of Advanced Concrete
Technology, Vol. 7, No. 3, pp. 403-413
Seo M. S., Kim H. S., Truong G. T., Choi K. K., 2017, Seismic Behaviors of Thin Slender
Structural Walls Reinforced with Amorphous Metallic Fibers, Engineering Structures,
Vol. 152, pp. 102-115
Vieira J. P. B., Correia J. R., De Brito J., 2011, Post-fire Residual Mechanical Properties
of Concrete Made with Recycled Concrete Coarse Aggregates, Cement and Concrete Research,
Vol. 41, No. 5, pp. 533-541
Won J. P., Hong B. T., Lee S. J., Choi S. J., 2013, Bonding Properties of Amorphous
Micro-steel Fibre-reinforced Cementitious Composites, Composite Structures, Vol. 102,
pp. 101-109
Yang J. M., Shin H. O., Yoo D. Y., 2017, Benefits of Using Amorphous Metallic Fibers
in Concrete Pavement for Long-term Performance, Archives of Civil and Mechanical Engineering,
Vol. 17, No. 4, pp. 750-760
Yermak N., Pliya P., Beaucour A. L., Simon A., Noumowรฉ A., 2017, Influence of Steel
and/or Polypropylene Fibres on the Behaviour of Concrete at High Temperature: Spalling,
Transfer and Mechanical Properties, Construction and Building Materials, Vol. 132,
pp. 240-250
Yoo D. Y., Banthia N., Yang J. M., Yoon Y. S., 2016, Size Effect in Normal-and High-strength
Amorphous Metallic and Steel Fiber Reinforced Concrete Beams, Construction and Building
Materials, Vol. 121, pp. 676-685
Zheng W., Li H., Wang Y., 2012, Compressive Behaviour of Hybrid Fiber-reinforced Reactive
Powder Concrete after High Temperature, Materials and Design, Vol. 41, pp. 403-409